地铁高架连续梁桥横隔梁空间应力分析

【摘 要】本文以南京地铁三号线林场站～星火路站高架连续梁桥为工程背景，应用ANSYS有限元软件对横隔梁进行空间结构分析，得出横隔梁不同位置的截面在实际运营过程中的空间应力状态及分布规律，从而为横隔梁设计提供正确的参考。

【关键词】连续桥；横隔梁；空间应力分析

1、引言

近年来，由于中国城市化进程的加快发展城市轨道交通的发展已经成为我国交通领域发展中的重头戏，随着箱梁在桥梁建设中所占的比重越来越大，许多国内外的学者均对此种结构进行了分析和研究。而横隔梁在箱梁中的作用也是所有学者研究的重要内容。

2、计算分析过程

本文研究的是三线交叉渡线区的连续梁部分。其主梁为等宽度16.2m，采用斜腹板单箱三室截面。梁高均1.8m，跨径为30m，跨高比为1/16.7。全桥箱梁共设4道横隔梁，分别在中跨墩顶各设一道2m厚的横隔梁，两边跨梁端各设一道1m厚横隔梁。

采用ANSYS有限元软件进行中横隔梁的应力分析，根据软件提供的有限单元的类型并结合端中横隔梁分析的具体要求，采用solide92单元。

本文主要考虑组合工况为：

恒荷载+钢束二次+徐变二次+收缩二次+地铁移动荷载+整体升温20度+梯度温度升温5度；组合参数：模型左端截面轴力-68439.3，剪力-234.815，弯矩25887.74，右端截面轴力-64894.4剪力2044.36，弯矩22578.99。单位为：KN， KN/m

这里给出在组合工况作用下横隔梁的应力云图。

由图1a可知横隔梁顺桥向的应力特性为：横隔梁截面的绝大部分处于受压的状态，应力值-11.6MPa～1.50MPa，压应力从梁顶到梁底有减小的趋势，；拉应力主要出现在支座垫块与横隔梁结合的区域。图1b可知横桥向的应力特性为：横隔梁截面的绝大部分处于受压状态，应力-28.4MPa～4.86MPa，压应力的最大区域在人洞上部靠近横隔梁顶面；拉应力最大的区域在最左边支座与横隔梁的结合处，此区域的混凝土拉应力超限。图1c可知横隔梁截面的绝大部分区域均处于受压的状态，应力值为-0.67MPa～7.74MPa，拉应力最大的区域出现在横隔梁支座与人洞之间的区域，出现拉应力的区域基本上处于安全的范围内，但是横隔梁最左边支座与横隔梁的结合处区域的混凝土拉应力超限。图1d可知横隔梁截面的大部分区域均处于受压的状态，应力值为-11.6MPa～0.64MPa，压应力从梁顶到梁底面有逐渐减小的趋势。人

2）箱梁中横隔梁上表面上缘应力分析

由图2a可知该工况作用下箱梁上表面顺桥向的应力特性：横隔梁截面上缘压应力的最大值出现在左右两端大小为11.6MPa。图2b可知该工况作用下箱梁横隔梁截面上缘拉应力应力的出现在边人洞与中人洞之间区域的上部，此区域到人洞区域上表面的应力逐渐从拉应力转为压应力，拉应力的最大值是0.18 MPa，压应力的最大值是2.78 MPa。图2c可知该工况作用下箱梁横隔梁截面上缘应力的压应力最大值出现在左右两端大小为0.00098MPa，整个上缘基本处于拉应力的状态，拉应力最大值为0.18 MPa。图2d可知该工况作用下箱梁横隔梁截面上缘压应力的最大值为11.6MPa，从截面两端到中间压应力有逐渐减少的趋势。

3）组合二工况作用下箱梁中横隔梁下表面应力分析

由图3a可知该工况作用下箱梁中横隔梁下表面顺桥向的应力特性：横隔梁截面下表面压应力的最大值出现在左右两端大小为3.48MPa、4.92MPa，最小值出现在支座出现的区域为1.52 MPa，中支座区域最小拉应力为1.32 MPa。图3b可知该工况作用下箱梁中横隔梁截面下表面应力最大值为1.21 MPa，应力变化规律为从边支座到中支座的距离越近应力逐渐转为拉应力，拉应力大小为2.58MPa。图3c可知该工况作用下箱梁中横隔梁下拉应力最大值出现在中支座附近区域大小为4.72MPa，边支座附近区域最大拉应力为2.34MPa。图3d可知该况作用下箱梁中横隔梁截面下表面应力基本为压应力，最大值为4.93MPa，中部支座上部的压应力小于两边支座上部的压应力，边支座最小压应力为2.02MPa，距离支座越近压应力越大。

3、结论

通过运用ANSYS有限元软件对中横隔梁进行了运营阶段应力分析，中横隔梁的空间受力均满足混凝土设计要求，但是中横隔梁的受力基本处于受拉状态特别在支座所处在的附近区域。这对于混凝土构件的受力较为不利，应考虑加强措施使中横隔梁的受力转变为受压状态，从而提高中横隔梁的压应力储备，增强中横隔梁的抗裂性能，从而保证整个桥梁结构的安全度及使用寿命。